美國植物生理學家弗裡茨·溫特在1926年做了一個實驗，他使植物的胚芽鞘一面向着光，另一面向着黑暗處。結果胚芽鞘的生長漸漸向有光的方向彎曲。後來，從胚芽鞘中分離出植物生長素。當胚芽鞘受到光照時，生長素就聚集到黑暗的一側，高濃度的生長素使黑暗一側細胞分裂加快，而低濃度的生長素使向光的一側細胞分裂較慢，導緻植物生長彎曲。生物學告訴我們，植物生長的頂端優勢也與生長素分的分布有關。植物的莖或葉片彎曲是由于生長素在組織内分布不均勻造成的。植物的根總是朝着地心引力方向生長，地心引力會影響生長素在根細胞裡的分布。

從物理學角度認為，地球的引力一定會影響植物體内的液體流動和分布，對植物的生長方向産生一定的影響。

　　生長素的分布可以解釋植物的向光性，但在北半球的森林中，太陽都是斜射到樹木上，從來沒有直射陽光照射它們，為什麼主幹也是筆直朝上生長的？

科學家們發現，無機鈣對植物的生長方向有舉足輕重的作用。無機鈣在感受重力尤其是地磁場中有重要作用。科學家們把試管中的澱粉顆粒及澱粉沉澱物放入強磁場中，發現澱粉顆粒都遠離磁場排列。而植物的芽和根冠均含有豐富的澱粉體，且無機鈣含量較高。

　　澱粉顆粒在不同環境中的運動情況會影響植物的生長方向。美國宇航局用航天飛機把植物種子送上天，揭開了植物生長方向的一個原因。給太空中的植物生長提供人造磁場環境，相當于人造重力環境，細胞中的澱粉顆粒可以被磁化，在人造磁場的影響下，植物生長效果同地球差不多。這表明，鈣離子分布在植物生長方向性中有重要的作用。玉米根冠中的鈣調節素濃度是伸長區的4倍，如果人工施用鈣調節素抑制劑，根部就喪失了重力反應。

有的植物生長方向是纏繞的，如藤蔓植物。它的生長方向與什麼因素有關呢？

最新研究顯示，植物纏繞的生長方向與地磁場、地球引力、光照和遺傳等因素都有關。我們知道，生長在南半球纏繞植物的莖是向右旋，生長在北半球纏繞植物的莖是向左旋，赤道附近的纏繞植物，其纏繞方向沒有固定的，可随意旋轉纏繞。這是因為赤道、南北半球的磁場方向、地球引力、光照方向均有差别。

在億萬年以前，攀援植物有生長在南半球和北半球的兩種始祖。為了獲得更多的生長發育所需要的陽光和空間，它們莖的頂端就朝向東升西落的太陽方向生長，經過漫長的适應和進化，就形成了各自固定的纏繞方向，且特性被遺傳下來，即使被移植到不同的地理位置，這種特性不變。在赤道附近，由于太陽直射，植物不需要随太陽轉動來獲取更多的陽光。當然，地球的引力和地磁場，在二極和赤道附近都有一定的差别，尤其是磁場，二極強，赤道弱，對植物的鈣離子或澱粉分布有一定的影響。

植物的左旋和右旋不能搞反了。若把左旋植物以右旋方式纏繞在支架上，就會自行脫落，若纏繞的方向與其習性相同，會纏得更緊。這說明，纏繞是該植物遺傳不變的特性。

在達爾文時代，人們就已經發現，植物對不同顔色的光産生不同的反應。科學家用藍光或紫光長時間照射綠色植物，發現植物生長受到顯著的抑制甚至死亡。

後來，科學家們在植物中發現了感光蛋白（CRY蛋白），對植物的生長方向又有了新的認識。他們根據鳥類CRY蛋白能夠感知地磁場方向，人類體内存在編碼CRY蛋白的基因推知植物體内CRY蛋白的功能。現代分子生物學的發展，已經證明CRY蛋白是一種維生素B2的衍生物。在動物中，CRY蛋白主要集中于神經組織，尤其是視網膜中的感光細胞中。在白天，鳥類依靠CRY蛋白的作用具有很強的定向性。

CRY蛋白能夠抑制植物的生長，如果CRY蛋白發生缺失，生長抑制現象就會消失。大多數高山植物 "個子矮小"的主要原因就是含有較多的CRY蛋白。仔細觀察吊蘭的生長情況，發現室内生長快，葉子肥大，而在室外的吊蘭就是"個頭矮小"。另外，CRY蛋白也會影響植物的生長方向（向光的一側生長緩慢）。

地磁場、重力、生長素分布、CRY蛋白都會影響植物的生長方向。其中，地磁場影響植物體内正負離子的分布，CRY蛋白影響植物對色光的吸收，重力和光照共同影響植物生長素的分布。

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